Los nanotubos de carbono tejidos en fibras similares a hilos y cosidos en telas se convierten en un generador termoeléctrico que puede convertir el calor del sol u otras fuentes en energía. Crédito:Jeff Fitlow
Los nanotubos de carbono invisiblemente pequeños alineados como fibras y cosidos en telas se convierten en un generador termoeléctrico que puede convertir el calor del sol u otras fuentes en energía.
El laboratorio del físico Junichiro Kono de la Universidad de Rice lideró un esfuerzo con científicos de la Universidad Metropolitana de Tokio y el Carbon Hub de Rice para fabricar fibras de nanotubos personalizadas y probar su potencial para aplicaciones a gran escala.
Sus experimentos a pequeña escala llevaron a una fibra mejorada, tela de algodón flexible que convierte el calor en energía suficiente para encender un LED. Con un mayor desarrollo, dicen que estos materiales podrían convertirse en bloques de construcción para la electrónica de fibras y textiles y la recolección de energía.
Las mismas fibras de nanotubos también podrían usarse como disipadores de calor para enfriar activamente la electrónica sensible con alta eficiencia.
Aparece un artículo sobre el proyecto en Comunicaciones de la naturaleza .
El efecto parece simple:si un lado de un material termoeléctrico está más caliente que el otro, produce energía. El calor puede provenir del sol u otros dispositivos como las placas de cocción utilizadas en el experimento de la tela. En cambio, agregar energía puede hacer que el material enfríe el lado más caliente.
Hasta ahora, ningún ensamblaje macroscópico de nanomateriales ha mostrado el necesario "factor de potencia gigante, "unos 14 milivatios por metro kelvin al cuadrado, que los investigadores de Rice midieron en fibras de nanotubos de carbono.
"El factor de potencia le dice cuánta densidad de potencia puede obtener de un material con cierta diferencia de temperatura y gradiente de temperatura, "dijo la estudiante graduada de Rice, Natsumi Komatsu, autor principal del artículo. Ella notó que el factor de potencia de un material es un efecto combinado de su conductividad eléctrica y lo que se conoce como el coeficiente de Seebeck. una medida de su capacidad para traducir las diferencias térmicas en electricidad.
"La conductividad eléctrica ultra alta de esta fibra fue uno de los atributos clave, "Dijo Komatsu.
La fuente de esta superpotencia también se relaciona con el ajuste de la energía inherente de Fermi de los nanotubos, una propiedad que determina el potencial electroquímico. Los investigadores pudieron controlar la energía de Fermi dopando químicamente los nanotubos convertidos en fibras por el laboratorio Rice del coautor e ingeniero químico y biomolecular Matteo Pasquali. permitiéndoles ajustar las propiedades electrónicas de las fibras.
Mientras que las fibras que probaron se cortaron en centímetros, Komatsu dijo que no hay razón para que los dispositivos no puedan utilizar las excelentes fibras de nanotubos del laboratorio de Pasquali que se enrollan en longitudes continuas. "No importa dónde los mida, tienen la misma conductividad eléctrica muy alta, ", dijo." La pieza que medí era pequeña sólo porque mi configuración no es capaz de medir 50 metros de fibra ".
Pasquali es director de Carbon Hub, que promueve la expansión del desarrollo de materiales de carbono e hidrógeno de una manera que también cambia fundamentalmente la forma en que el mundo usa los hidrocarburos fósiles.
La estudiante graduada de Rice, Natsumi Komatsu, muestra una fibra de nanotubos de carbono mejorada, tela de algodón flexible que convierte el calor en energía suficiente para encender un LED. Dichos generadores termoeléctricos pueden convertir el calor del sol u otras fuentes en energía. Crédito:Jeff Fitlow
"Las fibras de nanotubos de carbono han estado en un camino de crecimiento constante y están demostrando ser ventajosas en más y más aplicaciones, ", dijo." En lugar de desperdiciar carbono quemándolo en dióxido de carbono, podemos arreglarlo como materiales útiles que tienen mayores beneficios ambientales en la generación y transporte de electricidad ".
Queda por ver si la nueva investigación conduce a un panel solar que se puede tirar en la lavadora, pero Kono estuvo de acuerdo en que la tecnología tiene un gran y variado potencial.
La estudiante graduada de la Universidad de Rice, Natsumi Komatsu, sostiene un carrete de fibra de nanotubos de carbono similar a un hilo, la base de un proyecto que utiliza los nanomateriales para fabricar generadores termoeléctricos flexibles. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
"Los nanotubos existen desde hace 30 años, y científicamente, se sabe mucho, ", dijo." Pero para hacer dispositivos del mundo real, necesitamos ensamblajes ordenados macroscópicamente o cristalinos. Esos son los tipos de muestras de nanotubos que el grupo de Matteo y el mío pueden hacer, y hay muchos, muchas posibilidades de aplicaciones ".
Los coautores del artículo son los estudiantes graduados de Rice Oliver Dewey, Lauren Taylor y Mitchell Trafford y Geoff Wehmeyer, profesor asistente de ingeniería mecánica; y Yota Ichinose, Profesor Yohei Yomogida, y el profesor Kazuhiro Yanagi de la Universidad Metropolitana de Tokio.
